MIT-Wissenschaftler entdecken einen zerfallenden Planeten mit einem kometenartigen Schweif

Astronomen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben etwa 140 Lichtjahre von der Erde entfernt einen Planeten entdeckt, der mit beschleunigter Geschwindigkeit zerfällt.

Diese zerfallende Welt hat etwa die Masse des Merkur, umkreist ihren Stern jedoch etwa 20-mal näher als Merkur die Sonne und vollendet alle 30,5 Stunden eine Umlaufbahn. Da der Planet seinem Stern so nahe ist, ist er wahrscheinlich mit Magma bedeckt, das in den Weltraum strömt.

Während der Planet seinen Stern umkreist, verliert er laut den Autoren der Studie, deren Ergebnisse in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurden, eine große Menge an Mineralien von seiner Oberfläche und verdunstet.

Darüber hinaus vermuten Forscher, dass die Schwerkraft dieses Planeten sehr schwach ist und seine Anziehungskraft daher nicht ausreicht, um alle seine Teile zusammenzuhalten. Nach Ansicht der Astronomen würden all diese Faktoren zusammen die hohe Zerfallsrate erklären.

Das Team entdeckte den Planeten dank des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA, einer vom MIT geleiteten Mission, die nahegelegene Sterne auf Transite überwacht – periodische Schwankungen des Sternenlichts, die auf die Anwesenheit von Exoplaneten in der Umlaufbahn hinweisen könnten.

„Die Länge des Schweifes ist enorm: Er erreicht eine Länge von neun Millionen Kilometern oder etwa die Hälfte der Länge der Umlaufbahn des Planeten“, erklärt Marc Hon, Postdoktorand am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des MIT.

Der Planet scheint sich mit spektakulärer Geschwindigkeit aufzulösen und verliert bei jeder Umlaufbahn seines Sterns eine Materialmenge, die der des Mount Everest entspricht. Bei dieser Geschwindigkeit und angesichts seiner geringen Masse sagen Forscher voraus, dass der Planet in etwa ein bis zwei Millionen Jahren vollständig zerfallen könnte.

„Wir hatten Glück, es zu ‚erwischen‘, als es tatsächlich verschwand“, sagt Avi Shporer, ein Mitarbeiter der Entdeckung, der auch im Wissenschaftsbüro von TESS arbeitet. „Es ist, als würde es seinen letzten Atemzug tun.“

Der neue Planet, den die Wissenschaftler BD+05 4868 Ab genannt haben, wurde fast zufällig entdeckt. „Wir haben nicht nach dieser Art von Planeten gesucht“, sagt Hon. „Wir führten eine typische Planetenforschung durch und ich entdeckte zufällig dieses Signal, das sehr ungewöhnlich schien.“

Das typische Signal eines umlaufenden Exoplaneten erscheint als kurzer, sich regelmäßig wiederholender Einbruch in der Lichtkurve. Dies weist darauf hin, dass ein kompakter Körper, beispielsweise ein Planet, kurz vor seinem Mutterstern vorbeizieht und dessen Licht vorübergehend blockiert.

Dieses typische Muster ist nicht das, das Hon und seine Kollegen beim Mutterstern BD+05 4868 A im Sternbild Pegasus entdeckt haben. Obwohl alle 30,5 Stunden ein Transit stattfand, dauerte es viel länger, bis die Helligkeit wieder ihren Normalwert erreichte. Dies deutet auf die Existenz einer langen Schleppstruktur hin, die das Licht des Sterns weiterhin blockierte. Noch faszinierender ist, dass sich die Neigungsstärke mit jeder Umlaufbahn veränderte. Dies lässt darauf schließen, dass das, was vor dem Stern vorbeizog, nicht immer die gleiche Form hatte oder die gleiche Lichtmenge blockierte.

„Die Form des Transits ist typisch für einen Kometen mit langem Schweif“, erklärt Hon. „Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass dieser Schweif flüchtige Gase und Eis enthält, wie man es von einem echten Kometen erwarten würde.“ Allerdings könnten Mineralkörner, die von der Planetenoberfläche verdunstet sind, lange genug dort verbleiben, um einen solchen charakteristischen Schweif zu bilden “, fügt er hinzu.

Aufgrund seiner Nähe zu seinem Stern schätzt das Team, dass der Planet bei etwa 1.600 Grad Celsius oder fast 3.000 Grad Fahrenheit glüht. Während der Stern den Planeten versengt, verdampfen wahrscheinlich Mineralien auf seiner Oberfläche und entweichen in den Weltraum, wo sie zu einem langen, staubigen Schweif abkühlen.

Das dramatische Verschwinden dieses Planeten ist eine Folge seiner geringen Masse, die zwischen der von Merkur und dem Mond liegt. Die massereicheren terrestrischen Planeten, wie etwa die Erde, haben eine stärkere Gravitationskraft und können daher ihre Atmosphäre behalten.

Im Fall von BD+05 4868 Ab vermuten Forscher, dass die Schwerkraft zu gering ist, um den Planeten zusammenzuhalten.

„Es ist ein sehr kleines Objekt mit sehr schwacher Schwerkraft, sodass es leicht viel Masse verliert, was seine Schwerkraft weiter schwächt, sodass es noch mehr Masse verliert“, erklärt Shporer. „Es ist ein Prozess, der außer Kontrolle gerät und für den Planeten immer schlimmer wird.“

Von den fast 6.000 Planeten, die Astronomen bisher entdeckt haben, sind den Wissenschaftlern nur drei weitere zerfallende Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt. Jede dieser zerstörten Welten wurde vor mehr als 10 Jahren mithilfe von Daten des Kepler-Weltraumteleskops der NASA entdeckt. Alle drei Planeten hatten Schweife, die denen von Kometen ähnelten. BD+05 4868 Ab hat den längsten Schweif und die tiefsten Transite der vier bislang bekannten zerfallenden Planeten.

„Das bedeutet, dass seine Verdunstung am verheerendsten ist und dass er viel schneller verschwinden wird als die anderen Planeten“, bemerkt Hon.

Der Mutterstern des Planeten ist relativ nahe und daher heller als die Muttersterne der anderen drei zerfallenden Planeten, was dieses System ideal für weitere Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) der NASA macht, das dabei helfen kann, die mineralische Zusammensetzung des Staubschweifes zu bestimmen, indem es identifiziert, welche Farben des Infrarotlichts er absorbiert.

Diesen Sommer werden Hon und der Doktorand Nicholas Tusay von der Pennsylvania State University Beobachtungen von BD+05 4868 Ab mit JWST leiten. „Dies wird eine einmalige Gelegenheit sein, die innere Zusammensetzung eines Gesteinsplaneten direkt zu messen, was uns viel über die Vielfalt und potenzielle Bewohnbarkeit terrestrischer Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sagen kann“, sagt Hon.

Die Forscher werden die TESS-Daten auch nach Anzeichen anderer zerfallender Welten durchsuchen.

„Manchmal geht mit dem Essen auch der Hunger einher, und jetzt versuchen wir, genau nach solchen Planeten zu suchen“, sagt Shporer. „Es sind seltsame Objekte, und die Form des Signals verändert sich mit der Zeit, was für uns schwer zu erkennen ist. Aber wir arbeiten aktiv daran.“

Diese Arbeit wurde teilweise von der NASA finanziert.